UE4.21前的版本采用的是NVIDIA的PhysX做为其默认的物理引擎,用于计算3D世界的碰撞查询与物理模拟。自4.21版本开始改物理调用接口,但这并不是闲来重构代码,果然在2019GDC大会上放出了正在自建Chaos物理系统的消息,从4.22预览版中已经可以看到相关代码,官方预计4.23就可以开始使用,还是值得期待的。

最近打算重点研究下物理系统,知乎上已经有相当不错的研究报告了,强烈推荐看的是:

Jerish:《Exploring in UE4》物理模块浅析[原理分析]​zhuanlan.zhihu.com

作者自己是花了很多功夫研读代码写成的,虽是浅析也非常详细。

此外还有:

祖年:UE4物理介绍​zhuanlan.zhihu.com

以及代码贴得比较多的:

UE4物理引擎模块分析​www.jianshu.com

也都值得看看。

我自己再写这块地方,自然会做到与几位前辈有区分度,也希望大家读后会有不同的体会。还是以问答的方式来阐述,会比较清晰些。

1. 什么是游戏中的物理系统?

游戏物理主要是解决两个问题,其一是碰撞查询(Query),比如我面前有一堵墙,我还可以走多远就会被撞到;其二是物理模拟(Simulation),比如游戏角度死亡后身体该如何倒下,飞驰的载具被路上的矮石墩碰到后如何表现等。

2. UE4是如何建立物理系统的?

目前版本还是依赖于第三方的PhysX,UE4自身提供PrimitiveComponent,拥有BodyInstance,上面记录了PhysX所需要的物理数据,会将这些信息传递给PhysX所创建的物理世界,然后由PhyX进行处理,并得到其返回的结果。

那么既然物理的结果涉及到UE4和三方PhysX,那出了问题该怎么查,自然就有如下问题了。

3. 如何Debug物理系统?

对于UE4,可以在跑起的游戏中按`(键盘左上角ESC的正下方)呼出控制台,然后单击show collision(会自动联想,差不多的时候按TAB键就补全了),如下图:

回车后就可以看到世界里面多了线条型的盒子,如下图:

这就是UE4里面提供给PhysX处理前的碰撞信息,我们称之为碰撞盒,它大致包住了物体模型。碰撞盒可以做的很简单(如上图用物体轮廓包围盒),也可以做的很复杂(如直接用物体模型本身三角面片),这个下一章就说。

对于PhyX,它对于UE4来说就是一个提供输入然后获取输出的黑盒,不过可以通过NVIDIA提供的PhysX Visual Debugger(PVD)来进行可视化调试,下载地址如下:

PhysX Visual Debugger​developer.nvidia.com

需要注册账户才可以下载,安装成功后会看到软件的图标如下:

运行界面如下:

什么也没有,别急,我们在编辑器里跑起游戏,呼出控制台,然后输入pvd connect,如下:

过一会儿就可以按ESC停掉游戏,这时回到PVD软件窗口,就可以看到软件里面有东西显示出来了,是一个巨大的黄球,如下:

在右侧Setting栏里面把Sleeping objects给关掉,如下:

这样就可以看到与游戏内场景样子差不多的物理世界了,如下:

可以看到两个椅子,还有一个桌子,桌子上放着一个雕塑模型,这与之前在UE4里面按show collision得到的结果是一致的,是较为粗糙的轮廓包围盒,至于靠右的圆柱,那是玩家的出生点,因为有碰撞所以也会被物理世界采集到。

每一个物理对象在PhyX里面都对应一个PxRigid,如果这个对象是静态的,则是PxRigidStatic,在PVD里面绘制成红色;如果这个对象是动态的,则是PxRigidDynamic,在PVD里面绘制成黄色的。这里所有非休眠对象都是静态的,所以上图看上去都是红色的。可以选中其中的一个模型,比如左侧的椅子,可以看到左侧面板上列出了它对应的那个PxRigidStatic,id是163,如下:

展开这个PxRigidStatic,发现它有两个PxShape,展开Geometry,可以看到分别是凸包模型(ConvexMesh)与三角形模型(TriangleMesh),如下:

这实际上对应于这个椅子的两个碰撞盒,一个是简单碰撞盒凸包,一个是复杂碰撞盒模型自身三角形, 这个会在下一章节介绍。PVD软件顶上还有一个显示帧数的拖拉条,如下:

右侧数字说明在物理世界里面总共有218帧,可以拖动显示前几帧内物理世界的变化,这个在分析动态物理对象时非常有用,但本示例都是静态物理对象,所以没啥变化。

这个PVD工具非常好用(虽然会常常崩溃),在以后的章节中会经常用到,这里只要知道用pvd connect命令进行物理世界可视化即可,了解下物体的碰撞盒。那么问题来了:

4. 物体的碰撞盒是如何建立的呢?

详见:

Jerry:UE4物理模块(二)---建立物体碰撞​zhuanlan.zhihu.com

5. 两个物体靠近会发生什么呢?

详见:

Jerry:UE4物理模块(三)---碰撞查询​zhuanlan.zhihu.com

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